Монитор и неодимовый магнит. Monitor and neodymium magnet

Телевизоры и мониторы с кинескопами долгое время были практически безальтернативными. Другие принципы построения видеоизображения, разумеется, были известны, но они не нашли массового применения. Теперь кинескопы почти отошли в прошлое. Зато у меня такой монитор остался - он до сих пор в работе. И грех было этим фактом не воспользоваться для экспериментов.

Кинескоп, он же - электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) предназначен для того, чтобы преобразовывать электрические сигналы в изображение. На экран кинескопа наносился люминофор, внутри кинескопа создавался вакуум. С помощью т.н. электронной пушки формировался электронный луч, который ускорялся и фокусировался на экран. Регулируя интенсивность и угол отклонения электронного луча на экране кинескопа, формировали изображение. Для отклонения электронного луча - с целью формирования изображения на люминофоре - можно использовать разные принципы, например, - магнитное отклонение (телевизоры) или электростатическое (осциллограф). Разумеется, магнитное поле можно создать не только внутри монитора (телевизора), но и приложить его извне. Например, поднести к экрану магнит.

Магнит будет отклонять электронный луч, в результате картинка на мониторе станет довольно забавной. При приближении магнита к экрану кинескопа происходит закономерное искажение цветов и деформация изображения. Авторы одной из статей назвали такую картинку "муаровые узоры" (см. Магнит, электроны и муаровые узоры [ссылка]). Посмотрел определение, оказалось, что: "Муаровый узор образуется в результате наложения двух периодических сетчатых рисунков; повторяющиеся элементы двух рисунков следуют с немного разной частотой и то накладываются друг на друга, то образуют промежутки". Корректно ли применять термин "муаровые узоры" к картинке на мониторе, над которым издеваются с помощью магнита, - сказать затрудняюсь, но это не так важно.

Впервые я наблюдал действие магнита на кинескоп в школе в начале 1990-х. В одном из классов стоял большой цветной телевизор (в те времена - роскошь), который показывал только помехи: "экран в точечках". Когда я поднес у нему магнит, то обнаружил, что к магниту устремились разноцветные зоны, которые двигались вместе с магнитом. Когда я убрал магнит, изображение изменилось, но осталось искаженным (на экране остались цветные пятна). Учитывая, что телевизор был неисправен, - ничего страшного.

Повторил этот опыт я только через много лет со своим монитором. Использовал стандартный магнит от динамика, эпизодически - магнит от винчестера (неодимовый) или два эти магнита одновременно. По возможности - сфотографировал и снял видео (см. Магнит, монитор и электроны [ссылка]).

Фотографии вышли более-менее, а на видео проявился неприятный эффект. Возможно, вы смотрели видео, на котором вертолет летит, а лопасти винта не вращаются? Оказалось, что это - не видеомонтаж и не аварийная ситуация. Просто частота вращения лопастей совпадает с частотой кадров видео. В результате возникает иллюзия, что лопасти неподвижны. В нашем случае частота монитора - 75 Гц была сопоставима с частотой кадров видео - 30 кадров в секунду. В результате картинка на видео стала безбожно мигать и появились подвижные полосы.

Недавно друг приобрел мощный неодимовый магнит, а мой монитор, похоже, уже доживает свой век. Поэтому решил поэкспериментировать. Поднес магнит к монитору. Результат превзошел ожидание. Картинка не просто исказилась, но сам магнит притянулся к экрану. Последнее - неудивительно, поскольку за экраном расположена металлическая сетка (по-научному она называется "маска кинескопа") из сплава инвар (железо-никель). Инвар - сплав ферромагнитный, поэтому притягивает к себе магнит (фотографии сетки кинескопа - см. Химические фотографии: металлы. Chemical photos: metals [ссылка]).

Итак, к монитору я поднес магнит. Возле магнита появился характерный узор, по всему экрану исказились цвета, часть картинки стала черно-белой. Когда я убрал магнит, искажения цветов осталось (точнее, картинка изменилась, но искажение цветов не исчезло). Остаточное искажение были и после экспериментов с "обычным" магнитом (из динамика радио), и это закономерно, поскольку в мониторе сохранилось остаточное намагничивание. Проблема не нова (ведь действие внешнего магнитного поля на кинескоп возможно и тогда, когда мы специально этого не желаем). Поэтому конструкторы предвидели решение - систему размагничивания монитора. В конкретном случае - нужно нажать на значок в виде перечеркнутой подковы (которая символизирует магнит).

И тут... сюрприз-сюрприз! В случае "обычного магнита" опция размагничивания действовала - искажение цветов на экране исчезало. С большим неодимовым магнитом размагничивание помогало далеко не всегда. Иногда искажение цветов уменьшалось, но оставалось и после нескольких попыток размагничивания. В таких случаях я просто ждал несколько минут и повторял попытку снова. В конце концов помогало.

Фото снял, а как снять видео? Чтобы устранить мигание. Попробовал менять частоту монитора. Доступный интервал - от 85 до 65 Гц. На 85 Гц картинка мигала безбожно, при 75 Гц - меньше, но тоже сильно. При частоте 65 Гц монитор на видео не мигал, только время от времени по экрану поднималась горизонтальная полоса. Она портила впечатление, но и на том спасибо.

Потом заснял размагничивание монитора - устранение остаточного магнетизма после наших экспериментов. Получилось, но часто путался в кнопках, поскольку система управления была не совсем удобной. Теперь предстоит все это смонтировать.

В заключении - несколько слов о технике безопасности. Обычно, когда говорят о технике безопасности, имеют в виду меры, направленные на сохранение здоровья экспериментатора и окружающих, а также меры, которые позволяют избежать аварий вроде пожаров и взрывов. При работе с мощным магнитом имеет место опасность немного другого рода. А именно - потеря информации на магнитных носителях. Магнит не стоит приближать к винчестерам, флэшкам, карточкам с магнитной лентой, телефонам и аналогичным устройствам. Когда нес неодимовый магнит в сумке, мобильный телефон, банковскую карту и магнитный пропуск пришлось держать подальше. Пропуск - случайно приблизил. Не перемагнитился ли он - до сих пор не знаю, поскольку турникет, к которому прислоняют пропуска при входе на работу, не действует уже насколько дней.

В случае значительно более мощных магнитов на установках ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) и приборах магнитно-резонансной томографии (МРТ) нахождение поблизости людей с металлическими имплантами не допускается. Причина, я думаю, понятна. К сожалению, случаев, когда люди игнорировали это правило и получали сильные травмы, произошло достаточно. Нельзя также надевать металлические украшения и одежду с металлическими деталями.

Monitor and neodymium magnet

Download the Video / Скачать Видео (114 Мб, .avi ) Download the Video / Скачать Видео 2 (277 Мб, .avi )

Многие в детстве игрались с магнитом. В частности, проверяли, какие предметы он притягивает, а какие - нет. Из того, что было под рукой, к магниту притягивались предметы из разных сплавов железа. Изредка попадался пластик, который притягивался к магниту, за счет того, что содержал магнитный наполнитель.

Из магнитов наиболее доступны были ферритовые магниты, которые, можно извлечь из старого радиоприемника, наушников и т.п. Ферритовые магниты получают путем прессования и(или) спекания порошка оксидов железа с оксидами других металлов. Например, бариевые и стронциевые ферриты имеют состав Ba/SrO·6Fe₂O₃. Такие ферриты обладают высокой устойчивостью к размагничиванию и хорошей коррозионной стойкостью. Они недорогие, но хрупкие и имеют низкие магнитные характеристики.

Другими словами, магниты, распространенные в быту несколько десятков лет назад, были маломощными. В наше время стали доступны т.к. неодимовые магниты, которые изготавливают из интерметаллида Nd₂Fe₁₄B. Такие магниты гораздо более мощные, что позволяет проводить опыты с материалами, которые слабо взаимодействуют с магнитным полем. Именно "взаимодействуют", а не просто притягиваются, поскольку кроме ферромагнитных и парамагнитных материалов, которые притягиваются к магниту, есть еще диамагнитные материалы, которые выталкиваются из магнитного поля. Как пример диамагнетиков можно привести металлический висмут, а также - пиролитический графит, но в этот раз мы ограничимся ферромагнитными материалами, которые притягиваются к магниту. По возможности - материалами разного состава.

Начнем с нержавеющей стали. Она к магниту притягиваться не должна, в отличие от "черной" стали [K1]. У меня были стаканчики из нержавеющей стали, взял ферритовый магнит - стаканчики к нему действительно не притягивались. Но, когда я взял неодимовый магнит, - обнаружилось слабое притяжение: стаканчик с трудом, но повис на магните. Дальше - вышел конфуз. Взял другой стаканчик - из этой же стопки и другой неодимовый магнит (меньших размеров), пробую - нет притяжения. В чем же дело? Магнит более слабый? Ведь стаканчики одинаковые. Оказалось, что дело не в магните, а в стаканчиках - стаканчики все-таки были из разных партий: один из них слабо притягивался неодимовым магнитом, другой - нет. Т.е. сталь, которая продается под названием "нержавеющая", вполне может притягиваться к мощному магниту, или не притягиваться - в зависимости от состава.

Дальше - ферроцерий: сплав железа с церием и другими РЗЭ. Он доступен в виде кресал для разведения огня в полевых условиях и в виде "кремней для зажигалок". В нашем случае был брелок-кресало. К ферритовому магниту брелок притягивался, но силы притяжения было недостаточно, чтобы поднять брелок магнитом. Неодимовый магнит удерживал брелок из ферроцерия, но притяжение все равно было слабым.

Победит. Сплав (точнее - композит) из металлического кобальта и карбида вольфрама. Из него делают твердосплавные резцы. В нашем распоряжении оказалось два фрагмента сломанных резцов из победита. Карбид вольфрама с точки зрения опыта - посторонний балласт, интерес представляет металлический кобальт, который является ферромагнетиком наряду с железом и никелем. Оказалось, победит неплохо притягивается к ферритовому магниту, а тем более - к неодимовому.

Сплав никель - фосфор, который также называют "фосфид никеля", или "химический никель". Покрытие из этого сплава наносят на поверхность металлических и неметаллических материалов в ваннах т.н. химического никеля. Он состоит из никеля с несколькими процентами фосфора. К сожалению, химический никель осаждается не только на покрываемых изделиях, но и на стенках ванны, и особенно - на ТЭНах. Их приходится чистить, снимая механически или растворяя в смеси азотная кислота - плавиковая кислота нежелательное покрытие из сплава фосфора и никеля. Куски такого покрытия я использовал для экспериментов.

Как и ожидалось, сплав фосфора и никеля притягивался к обоим магнитам (феррит и неодимовый магнит) и свободно на них повисал. Сила притяжения не была высокой - куски сплава можно было без значительных усилий оторвать от магнита, но, возможно, это объясняется небольшой их толщиной.

Никель. И, наконец, чистый никель. Использовал для опыта несколько кусков никеля от растворимых анодов. Из-за длительного пребывания в гальванической ванне поверхность никеля была изъедена эрозией, от нее легко отделялись частички металлического никеля. Этот процесс не является безобидным, поскольку никель токсичен и вызывает дерматит.

Куски никеля были сравнительно массивными, поэтому легко и с большой силой притягивались к магниту, особенно - к неодимовому. Чтобы их оторвать, требовалось приложить значительное усилие.

Ferromagnets around us

Download the Video / Скачать Видео (58 Мб, .avi ) Download the Video / Скачать Видео 2 (111 Мб, .avi )